AB型PBO的新单体合成与聚合反应研究

以4-氨基-6-硝基间苯二酚盐酸盐(ANR·HCl)和对甲氧羰基苯甲酰氯(MBC)为原料,合成了自缩聚AB型PBO的新单体—2-(对甲氧羰基苯基)-5-氨基-6-羟基苯并噁唑(MAB),研究了在多聚磷酸介质中新单体的聚合反应,获得了聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)树脂。结果表明:采用经ANR·HCl和MBC的缩合、环合再脱水的原位合成工艺先制得2-(对甲氧羰基苯基)-5-硝基-6-羟基苯并噁唑,再对硝基催化加氢是合成MAB的优选路线,总收率为71.14%;制得的MAB稳定性良好、空气中放置300天纯度仅下降0.15%,在玻璃仪器中对98.88%MAB进行均缩聚反应、无需加抗氧剂即可得到特性粘数接近1L·g-1的PBO树脂,缩聚时间降至18h,已具有操作方便和易实施PBO产业化等特点。

AB型新单体及PBO树脂制备的新技术及其发展

研究以4,6-二硝基间苯二酚(DNR)和对苯二甲酸单甲酯(TAM)为原料,经三个单元过程合成AB型新单体:2-(对甲氧羰基苯基)-5-氨基-6-羟基苯并噁唑(MAB),进而均缩聚反应制备聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)的新路线和新方法,设计了AB型新单体的产业化方案、并阐述了优于AA型单体4,6-二氨基间苯二酚(DAR)路线的特点;同时针对现有PBO技术中存在的问题,提出解决的方法和研究思路,最后对进一步发展AB型新单体:如4-(5-氨基-6-羟基-2-苯并噁唑)苯甲酸(ABA)和H2N-[PBO重复单元]-COOH结构等单体、以及高性价比PBO树脂的研究内容作了建议。

环氧树脂/PBO纤维复合材料性能研究

对环氧树脂(EP)/聚对苯撑苯并二恶唑(PBO)纤维复合材料的性能进行初步研究。结果表明,用浓度70%的甲基磺酸(MSA)溶液对PBO纤维表面进行处理,可改善PBO纤维与EP基体的粘结强度,但同时使PBO纤维的拉伸性能降低;对PBO纤维处理2h后,以胺类固化剂固化的EP/PBO纤维复合材料的层间剪切强度比处理前提高41%,以酸酐固化剂固化的EP/PBO纤维复合材料的层间剪切强度比处理前提高48%;前者的层间剪切强度大于后者。

纤维表面处理对PBO/环氧界面性能的影响

为提高PBO纤维/环氧树脂的剪切强度,采用聚合物涂层法对PBO纤维进行表面改性。通过NOL环复合材料层间剪切强度测试,研究不同浓度的表面涂层处理液、不同浸渍工艺对复合材料层间剪切强度的影响。结果表明:PBO纤维表面经不同涂层处理液处理后,层间剪切强度均高于未经表面处理的;当PBO纤维经过以涂层A为一浴浸渍液、涂层B为二浴浸渍液的两次浸渍工艺处理后,层间剪切强度最高,比未经表面处理的提高了61%。

新型改性双马来酰亚胺树脂(JM)及PBO/JM复合材料力学性能、耐热性能研究

本文研究了新型改性双马来酰亚胺树脂(JM)及PBO/JM复合材料的力学性能和耐热性能。分别采用旋转粘度计对JM树脂的粘度进行了测试,采用材料万能试验机对树脂浇铸体及PBO/JM复合材料的力学性能进行了测试,采用DMA和TGA对树脂及其复合材料的玻璃化转变温度和热分解温度进行了分析。结果表明,JM树脂具有较好的成型工艺性,能够满足复合材料干法、湿法缠绕成型工艺的要求;JM树脂具有较高的强度和模量,但固化物脆性较大,其力学性能有待进一步改善;JM树脂的玻璃化转变温度和5%热失重温度分别达到366.6和410.4℃;PBO/JM复合材料的耐热性能远高于PBO/环氧复合材料。

用于辐照改性的PBO纤维复合材料的树脂体系配方设计及其性能研究

结合γ2射线辐照改性PBO纤维表面技术,将辐照介质(接枝体化合物)作为树脂基体的一个成分设计出环氧树脂基体配方。通过浸润试验、树脂浇铸体力学试验、纤维湿法缠绕工艺试验和Microbond界面剪切试验等方法研究了树脂基体的各项性能。结果表明,与另外几种常用的树脂基体相比,本文设计的树脂基体与表面改性PBO纤维的浸润性能和界面粘接性能有明显的提高。树脂浇铸体力学性能满足高性能纤维复合材料的要求。

酚醛树脂/PBO纤维单向复合材料的制备及性能

利用聚对苯撑苯并双恶唑(PBO)纤维与酚醛树脂制备先进复合材料,研究该单向复合材料的层间剪切性能、弯曲性能、冲击性能和动态力学性能,并分析该复合材料的吸湿脱湿行为和热氧老化行为。酚醛树脂/PBO纤维单向复合材料的层间剪切强度为21.25 MPa,弯曲强度为439.53 MPa,弯曲弹性模量为50.11 GPa。

氩气低温等离子体处理对PBO纤维的表面改性

采用低温等离子体表面处理技术对聚苯撑苯并二口恶唑(PBO)纤维表面进行改性。选用氩气作为处理气氛,研究了气压、功率和处理时间等参数对纤维表面性质的影响。采用FT-IR和SEM等方法对处理前后纤维表面化学结构及形态结构进行了表征,并通过单丝拔出试验测定了改性前后PBO纤维与环氧树脂基体的界面剪切强度(IFSS),对纤维与树脂的界面粘结性进行了初步评价。同时,采用液滴形状法对纤维表面亲水性进行了表征。通过研究发现,经低温氩气等离子处理后,PBO纤维表面亲水性增强,PBO纤维/环氧树脂的IFSS较未处理样品提高了42%。

PBO纤维增强复合泡沫绝缘材料的制备及性能研究

为了提高支柱复合绝缘子芯体用复合泡沫材料的强度,使用聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维增强复合泡沫材料,通过研究不同含量PBO纤维对复合泡沫材料热学、力学和绝缘性能的影响,确定适合于内绝缘应用的纤维含量。结果表明:PBO纤维的加入赋予了复合泡沫材料抵抗冲击破坏的能力,当PBO纤维质量分数为0.4%时,复合泡沫材料落锤冲击试验吸收的能量达到最高;PBO纤维的加入能够降低材料的热膨胀率,提升热稳定性,降低潜在的热应力风险,且对复合泡沫材料的内绝缘性能影响不大。

提高PBO纤维/环氧树脂界面相容性的研究进展

综述了近年来基于提高PBO纤维与环氧树脂界面相容性从而提高PBO纤维/环氧树脂复合材料整体性能的研究工作;从PBO纤维表面改性引入高表面能物理表面或构筑化学活性位点以及设计PBO纤维/环氧树脂中间界面层的角度出发,分析了所涉及的各类方法的优缺点,并对该研究方向进行了展望。

PBO纤维与环氧树脂界面粘结性能及其影响因素研究

对比了国产及进口聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维的物理化学特性及其与环氧树脂的界面粘结性能;研制了两种环氧树脂体系,利用静态接触角法测试了树脂对纤维的浸润性,利用微脱粘方法测试了树脂与PBO纤维的界面剪切强度;通过湿法缠绕成型工艺制备了PBO纤维/环氧树脂复合材料单向板,测试了其层间剪切强度,分析了树脂体系及工艺对层间剪切强度的影响。结果表明,国产PBO纤维与进口PBO纤维物理性能相近,进口纤维表面活性基团含量较高,与环氧树脂的界面剪切强度更高,树脂中加入偶联剂可以改善界面的粘结性能;所研制的环氧树脂与纤维间浸润性较好,界面剪切强度较高;复合材料单向板层间剪切强度最高达到48 MPa,并认为纤维含量、树脂模量对层间剪切性能有一定影响。

表面处理对环氧树脂／PBO纤维界面剪切强度的影响

采用了磺化聚芳酰胺(SPA)和固化剂593分别对PBO纤维进行表面处理,用钢针将配好的环氧树脂基体溶液似微球状滴在固定在试样架上的PBO纤维上,考察了处理前后PBO纤维与环氧树脂界面剪切强度的变化。结果表明,两种表面处理对PBO纤维与环氧树脂基体的界面剪切强度都有贡献,其中固化剂处理能显著提高界面剪切强度,改变了界面破坏模式,使PBO纤维与环氧树脂基体的界面剪切强度最高可达19.41 MPa,比未处理时的界面剪切强度提高95%。

AB型顺式聚对苯撑苯并二噁唑新单体的合成与应用研究

合成了AB型顺式聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)新单体:5-氨基-6-羟基-2-(对甲氧羰基苯基)苯并噁唑(MAB)和5-氨基-6-羟基-2-(对羧基苯基)苯并噁唑(ABA),阐述了AB型新单体的分子结构特征,并测定了抗氧化及热分解性能,探索了新单体在自缩聚反应制备PBO树脂中的应用。结果表明:采用以4-氨基-6硝基间苯二酚盐酸盐和对苯二甲酸单甲酯为原料,依次经酰氯化、缩环合、加氢还原及其碱性水解的合成路线,可分别成功地获得纯度98%的MAB和99%的ABA,它们在高温均缩聚的应用中无需抗氧剂即可方便制得PBO树脂。最后为进一步提升PBO材料的性能,以新的思路提出PBO改性等方面的研究途径。

聚对苯撑苯并二噁唑纸基复合材料的增强研究

以高强度、高模量及耐高温的聚对苯撑苯并二口恶唑(PBO)纤维为原料,通过自制PBO浆粕制备特种纸基材料。为提高纸基材料的强度性能,首先采用浸渍树脂的增强技术,研究了树脂种类、固化条件及热压条件对PBO纸基材料力学性能的影响。并在此基础上采用了先进的低温氧等离子体处理技术改善纸基材料中纤维/树脂之间的界面结合,进一步提高了纸张的强度性能。